CN103967474B - 地下采矿钻车自动定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下采矿钻车自动定位系统，包括凿岩机、变位机构、工控机、确定采矿钻车姿态位置的传感器模块、数据采集卡和执行器，传感器模块的输出端通过电缆与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机的串口连接，工控机通过RS‑232接口与执行器连接，执行器通过电缆与控制变位机构动作的电液比例阀连接。本发明以传感器采集的变位姿态信息为初始条件，以调度指令地图下达的爆破孔指令为目标条件，通过动态矩阵最优化解析，一次生成各变位机构调整变量，实现地下采矿钻车快速自动定位功能，使采矿钻车定位能力更加快速、准确。

Description

地下采矿钻车自动定位系统
技术领域
本发明涉及一种定位系统，特别涉及一种地下采矿钻车自动定位系统。
背景技术
随着地下矿山开采水平的进步，采矿钻车已逐步在矿山开采中占据重要位置，发展数字矿山提高采矿装备自动化水平已成为矿山开采领域的主要发展方向。目前地下采矿钻车多采用人工操作，根据经验执行布孔开孔指令，布孔精度低，成孔精度差，废孔率高，造成了巨大的能源和资源浪费，同时形成诸多安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种高生产效率和高安全型的地下采矿钻车自动定位系统。
本发明提供的这种地下采矿钻车自动定位系统，包括凿岩机、变位机构、工控机、确定采矿钻车姿态位置的传感器模块、数据采集卡和执行器，传感器模块的输出端通过电缆与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机的串口连接，工控机通过RS-232接口与执行器连接，执行器通过电缆与控制变位机构动作的电液比例阀连接。
所述传感器模块包括用于采集变位机构的姿态信息的若干位移传感器和角度传感器。
所述位移传感器包括用于测量偏摆油缸位移量的第一位移传感器、用于测量大臂油缸伸缩量的第二位移传感器、用于测量举升油缸位移量的第三位移传感器、用于测量钻架翻转油缸位移量的第四位移传感器和用于测量凿岩机在钻架上的位移量的第五位移传感器。
所述角度传感器安装于钻架旋转马达，用于测量钻架旋转角度。
所述数据采集卡对所述传感器模块传来的信号进行放大、滤波以及模数转换，再将转换后的数据传入工控机。
所述执行器采用用于变位机构的姿态控制的PLC。
所述工控机为车载工控机，其包括内置的动态矩阵识别模块、矩阵解析模块以及通过无线网络接收地面发出的调度指令地图。
所述变位机构包括偏摆油缸、举升油缸、大臂、翻转油缸、旋转马达和钻架补偿机构。
所述凿岩机为工作机构。
本发明采用闭环控制系统，以传感器采集的变位姿态信息为初始条件，以调度指令地图下达的目标指令为目标条件，通过动态矩阵最优化解析，一次性生成各变位机构调整量，使凿岩机轴线与设计爆破孔轴线重合，通过对变位机构的控制实现地下采矿钻车爆破孔自动定位。同时，本发明大幅提高定位速度以及布孔和成孔精度，保障成孔效果；节约能源成本，避免了多次定位带来的浪费，为绿色矿山和数字矿山奠定了基础。实现地下采矿钻车快速自动定位功能，使采矿钻车定位能力更加快速、准确。
附图说明
图1是本发明的功能模块图。
图2是本发明的原理框图。
具体实施方式
本发明通过对变位机构的控制，实现地下采矿钻车爆破孔位自动定位；通过工控机对布孔指令和采矿钻车姿态位置的识别，实现变位机构8姿态调整量自动调整。
如图1所示，本发明包括凿岩机7、变位机构8、工控机、确定采矿钻车姿态位置的传感器模块、数据采集卡和执行器。传感器模块的输出端通过电缆与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机的串口连接，工控机通过RS-232接口与执行器连接，执行器通过电缆与控制变位机构8动作的电液比例阀连接。
传感器模块包括若干位移传感器和角度传感器，用于测量和反馈变位机构8的位置姿态信息。该模块从变位油缸或马达获取信号，通过数据采集卡进行放大、滤波及模数转换，将转换后的数据传入工控机，工控机对该组数据进行数字化描述并通过解析动态矩阵的方法求解各变位油缸或马达姿态调整量；再将调整量以控制指令的形式输出至执行器，执行器根据工控机控制命令对各变位油缸或马达进行同步调整，将各被控对象一次调整到位，使凿岩机7处于目标凿岩位置。
数据采集卡对所述传感器模块传来的信号进行放大、滤波以及模数转换，再将转换后的数据传入工控机。
工控机为车载工控机，其包括内置的动态矩阵识别模块、矩阵解析模块以及通过无线网络接收地面发出的调度指令地图。工控机具备动态矩阵解析和调度指令识别的功能，用于生成变位调整量集。
执行器采用PLC，用于变位机构8的姿态调整控制。
如图2所示，本发明的凿岩机7为工作机构。变位机构8包括偏摆油缸、举升油缸、大臂、翻转油缸、旋转马达和钻架补偿机构等。
本发明通过位移传感器、角度传感器6采集变位机构8姿态信息，通过工控机自动控制程序进行变位机构8姿态调整量解析。
各个传感器的安装位置是：第一位移传感器1安装于偏摆油缸内部，测量偏摆油缸位移量；第二位移传感器2安装于大臂伸缩油缸内部，测量大臂油缸伸缩量；第三位移传感器3安装于大臂举升油缸内部，测量举升油缸位移量；第四位移传感器4安装于钻架翻转油缸内部，测量钻架翻转油缸位移量；角度传感器6安装于钻架旋转马达，测量钻架旋转角度；第五位移传感器5安装于钻架补偿油缸内部，测量凿岩机7在钻架上的位移量。
本发明通过位移传感器、角度传感器采集变位机构姿态信息，通过无线网络获取爆破孔的位置信息，再通过工控机对变位机构进行其姿态调整量解析并确定变位机构的调整控制量，最终由执行器控制用于变位机构的姿态调整控制的电液比例阀，使凿岩机轴线与爆破孔轴线重合。
具体地，本发明是通过车载工控机对调度指令地图和采矿钻车当前位置识别，判明当前采矿钻车与爆破孔之间空间距离，以位移传感器和角度传感器采集的信息为初始条件，调度指令地图中爆破孔指令信息为目标，通过工控机获取变位机构的变位调整量，以PLC为执行器，用于变位机构的姿态调整控制的电液比例阀为控制对象，最终实现对变位机构的最终姿态调整，使凿岩机轴线与爆破孔中心轴线重合。采矿钻车当前位置信息是通过位移传感器、角度传感器采集变位机构姿态信息而获取的。调度指令地图是工控机通过无线网络从地面总控设备获取。
工控机包括内置的动态矩阵识别模块、矩阵解析模块以及通过无线网络接收的调度指令地图。矩阵解析工作是用于生成变位调整量集，变位调整量集由各变位参数所需调整量组成。工控机通过接收经由数据采集卡处理后的各位置参数形成动态矩阵运算初始条件，以调度指令地图包含的爆破孔参数为目标，再经过智能化动态矩阵解析，综合调度指令地图包含的环境参数和设备形状参数生成各变位参数的相对最优解集。
调度指令地图包含井下矿山三维数字模型、凿岩爆破孔信息和设备位置姿态信息及其它调度指令信息。工控机通过对调度指令地图参数提取、分类，获取动态矩阵运算条件。
动态矩阵识别模块具备解析调度指令并根据指令调用变位机构初始姿态和目标姿态自动生成动态矩阵的功能。同时形成变位过程中不发生与巷道周边碰撞的边界条件。
矩阵解析模块，根据自动生成的动态矩阵和边界条件，对动态矩阵进行解析，并根据设定的自动寻优终止条件形成符合变位机构调整能力的变位调整量集。
变位调整量集为矩阵解析程序所生成的偏摆调整量、大臂伸缩量、俯仰调整量、旋转调整量和补偿调整量组成的有序数组。
执行器为PLC，用于将工控机生成的变位调整量集识别并分别驱动各变位机构一次性达到调整目标。
工作时，工控机接收通过无线网络传达的调度指令地图，并进行解析；根据调度指令通过数据采集卡采集各变位机构当前姿态信息，经由信号处理器对信号进行放大、滤波处理和模数转换，转换后的姿态信息传入工控机；动态矩阵识别模块通过对调度指令地图信息和变位机构姿态信息提取生成动态矩阵和边界条件，由动态矩阵解析程序对其进行最优化解析，生成变位调整量集；执行器根据由工控机发送的变位调整量集，驱动各变位机构进行一次性调整定位。
本发明可一次性找到在同一平面上的一组爆破孔；之后打爆破孔时，只须转动钻架即可，无需进行变位机构的变幅，或者移动采矿车的位置等。

Claims (8)

1.一种地下采矿钻车自动定位系统，包括凿岩机(7)、变位机构(8)和工控机，其特征在于，该系统还包括确定采矿钻车姿态位置的传感器模块、数据采集卡和执行器，传感器模块的输出端通过电缆与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机的串口连接，工控机通过RS-232接口与执行器连接，执行器通过电缆与控制变位机构动作的电液比例阀连接,所述传感器模块包括用于采集变位机构的姿态信息的若干位移传感器和角度传感器。
2.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述位移传感器包括用于测量偏摆油缸位移量的第一位移传感器(1)、用于测量大臂油缸伸缩量的第二位移传感器(2)、用于测量举升油缸位移量的第三位移传感器(3)、用于测量钻架翻转油缸位移量的第四位移传感器(4)和用于测量凿岩机在钻架上的位移量的第五位移传感器(5)。
3.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述角度传感器(6)安装于钻架旋转马达，用于测量钻架旋转角度。
4.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述数据采集卡对所述传感器模块传来的信号进行放大、滤波以及模数转换，再将转换后的数据传入工控机。
5.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述执行器采用用于变位机构的姿态控制的PLC。
6.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述工控机为车载工控机，其包括内置的动态矩阵识别模块、矩阵解析模块以及通过无线网络接收地面发出的调度指令地图。
7.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述变位机构包括偏摆油缸、举升油缸、大臂、翻转油缸、旋转马达和钻架补偿机构。
8.根据权利要求1所述的地下采矿钻车自动定位系统，其特征在于，所述凿岩机为工作机构。
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